JP4723274B2 - 風車の支持枠体 - Google Patents

Description

本発明は、風車の支持枠体に係り、特に、風力発電機用風車の羽根を、多段状に配設する縦主軸を支持する支持枠体であって、運搬性、組立性、生産性に優れた、風車の支持枠体に関する。

従来、縦軸風車は、縦軸１本の周囲に羽根が複数配設されている。これに対して発明者は、１本の長い縦主軸に羽根を多段に配設した風車（特願２００３−４３３８５４号）を開発した。これは、長い支柱の複数を、段状に配設した桟によって枠組し、中央部に縦主軸を回転自在に配設させるものである。

前記多段羽根風車において、例えば羽根の高さが２ｍで４段羽根とすると、支柱の高さは、少なくとも８ｍは必要となる。この８ｍを越える支柱を枠組みするには、労力が大きくかかり、また、山や、岩の多い海岸等に運搬する事も大変な労力を必要とする。更に組立精度を高めることも大変な労力を必要とする。
この発明はそれらの点に鑑みて、搬送性に優れ、現地での組立てが容易で、組立精度も容易に出すことの出来る、風車の支持枠体を提供することを目的としている。

この発明は、基枠体と支柱との組み合わせとして、搬送を容易にした。現地での組立性が容易になった。更に組立精度が高く、縦主軸を高精度に維持することができる。発明の具体的な内容は次の通りである。

（１）平面視で方形の外枠体の中央部に、複数の中桟体を介して軸受を配した基枠体における前記外枠体の壁面に、内外に貫通する連結孔を開孔し、連結孔に嵌装した連結手段をもって連結した方形の横継体を介して、別の基枠体を水平方向に連結し、各基枠体の４隅上下部に形成した柱固着部に、それぞれ短尺支柱を立設して別の基枠体をその上部に支持し、上下の基枠体における軸受に装着した短尺縦主軸に、上下端部に縦主軸方向へ傾斜する傾斜部を備える羽根を垂直に装着した風車の支持枠体。

（２） 前記短尺縦主軸の高さ方向の中間部に、羽根を先端部に固定した支持アームの基端部を固定する、複数の板状の固定体を縦主軸と直交状に固定し、前記支持アームを固定するための多数の取付孔が、板状の固定体の上下へ貫通して設けられている前記（１）に記載の風車の支持枠体。

（３） 前記基枠体の最下部のものの下面に、その底面外形範囲よりも大きな枠組台体を固定し、該枠組台体は、基枠体の柱固着部の下位置に合わせた柱固着部が形成され、柱固着部に基枠体の柱固着部を固定した前記（1）又は（2）に記載の風車の支持枠体。

（４） 前記横継体は、平面視長方形とし、長辺を基枠体と同じ長さとし、基枠体壁面の連結孔と対応する位置に連結孔を形成し、高さを基枠体と同じ寸法に形成した前記（1）〜（3）の何れかに記載の風車の支持枠体。

（５） 前記横継体は中央部に縦主軸を支持可能な軸受を備えている前記（4）に記載の風車の支持枠体。

本発明によると次のような効果がある。
前記（1）に記載の風車の支持枠体は、基枠体と短尺支柱の組合せからなり、搬送及び組立性に優れている。短尺支柱なので、太い物であっても搬送、組立が容易である。現地において、１っの基枠体を配設し、その隣に別の基枠体を方形の横継体で連結し、各柱固着部にそれぞれ短尺支柱を立設し、その上に他の基枠体を配設し、その上に短尺支柱を介して別の基枠体を配設し、基枠体を多数段に容易に配設する事が出来る。各基枠体の中央に軸受を配設し、縦主軸を貫通して配設すると共に、各段毎に羽根を縦主軸に配設させることができる。
基枠体に軸受、柱固着部が固定されているので組立精度が高く、現場において短時間に組立精度の高い組立をすることができる。
部材は規格生産が出来、これを３段組、５段組などに積層することができる。

前記（2）に記載の風車の支持枠体は、短尺縦主軸に固定された板状の固定体に、支持アームを固定するための取付孔が多数形成されているので、現場において、支持アームを２〜６本など、選択的に配設して羽根の枚数を変化させることができる。

前記（3）に記載の風車の支持枠体は、基枠体の底面の外形範囲よりも大きな枠組台体が最下の基枠体に固定されるので、現場において直ぐに支持枠体を安全に固定することが出来る。枠組台体の使用により、基礎コストが著しく低下し、どこでも直ぐに設置でき、又移動も容易になる。

前記（4）に記載の風車の支持枠体は、基枠体と基枠体の間に水平方向で介在させて連結する横継体が、基枠体の横幅を短くした態様の長方形に形成されているので、基枠体同士を水平方向に多数連続して強固に連結させることができる。

前記（5）に記載の風車の支持枠体は、横継体の中央部に軸受を備えているので、上下の横継体における軸受間に縦主軸を装着して風車とすることができる。

本発明の実施の形態例を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る風車の支持枠体に用いる基枠体の平面図、図２はその正面図である。風車の支持枠体(1)は、複数の基枠体(2)と複数の短尺支柱(3)の組合せからなっている。基枠体(2)は、平面で方形に形成された外枠体(2a)の内部に、複数の中桟体(2b)を組み、中桟体(2b)の中央で、外枠体(2a)の中央部に位置して、軸受(4)が配設されている。

外枠体(2a)は、例えば１辺の長さが２ｍの正方形、枠材の幅１２ｃｍ、高さ２０ｃｍで、Ｈ型材、各管材などが使用されて方形に溶接される。四隅部には、例えば直径８ｃｍの円柱体が、それぞれ外枠体(2a)の上下に５ｃｍ〜１０ｃｍ突出するように固定されて、柱固着部(2c)が形成されている。

前記中桟体(2b)は、外枠体(2a)の内部において平面で十字状に配設され、その中央部の上下に固定板(5)が固定されている。該上下の固定板(5)の中央部に、上下に貫通する軸孔(6)が形成され、ベアリングからなる軸受(4)が配設される。中桟体(2b)の外端部は、外枠体(2a)に溶接され一体化される。

これによって、基枠体(2)は工場による規格生産ができ、寸法精度が高く、搬送も容易となり、組立精度も高まる。短尺支柱(3)は、例えば管体で、長さは、羽根(8)の高さに適合するように、例えば１ｍ〜３ｍ等に設定され、その上下端部は前記柱固着部(2c)に外嵌可能の太さに設定される。

以上のように構成されたこの基枠体(2)を、現場に運び、図３に示すように、基礎（Ｇ）の上に配した枠組台体(14)に配設し、各柱固着部(2c)にそれぞれ短尺支柱(3)の下端部を外嵌させて立設する。しかる後、短尺支柱(3)の外から柱固着部(2c)にボルト(2d)締めをして固定する。

しかる後、クレーンで別の基枠体(2)を吊りあげ、各柱固着部(2c)の下端部を短尺支柱(3)の上端に内嵌させ、短尺支柱(3)の外から柱固着部(2c)にボルト(2d)締めをして固定する。その後、基枠体(2)の上面に突出している各柱固着部(2c)に、それぞれ別の短尺支柱(3)を外嵌して固定する。

その後、再度別の基枠体(2)をクレーンで吊上げて、前記同様に各短尺支柱(3)の上部に、基枠体(2)の下部の柱固着部(2c)を内嵌して固定する。
以下同様の作業で、短尺支柱(3)を介して基枠体(2)を複数積層して、必要段数の積層に伴い、基枠体(2)の各軸受(4)に縦主軸(7)を貫通させて配設される。

各段毎に、縦主軸(7)に羽根(8)を固定体(9)、支持アーム(10)を介して固定すると、１本の縦主軸(7)に、多段状に複数の羽根(8)を具備する縦軸風車(11)を設置することができる。この場合、羽根(8)の傾斜部(8a)は、縦主軸(7)方へ傾斜するように配設される。図３中の符号(12)は発電機であり、羽根(8)の回転に伴い発電させると風力発電装置となる。

図３は、羽根(8)が２段のものが示されているが、基枠体(2)を短尺支柱(3)を介して、３段、５段等複数積層することにより、羽根(8)の段数を増加させることが出来る。図３において図示省略されているが、上下の基枠体(２)間に斜めに筋交いを配設する。このように、多段羽根風車を基枠体(2)と短尺支柱(3)を組合わせることによって、容易に高層の縦軸風車(11)を組立てることができる。

基枠体(2)の１辺が２ｍなら、羽根(8)の回転半径を８０ｃｍ程度までに配設させることができる。羽根(8)の回転半径が大きくなれば、それに合わせて基枠体(２)の大きさも大きなものが使用される。

１本の縦主軸(7)に羽根(8)が多段状に配設されるので、１段羽根のトルクは段数倍となる。従って、風力発電機の場合、設置面積当りの発電効率を大きくすることができる。

図４は、基枠体(2)と短尺支柱(3)との結合部分の変形例を示す正面図である。前例と同じ部位には、同じ符号を付して説明を省略する。この例では、柱固着部(2c)が管状形に構成されたものである。

従って、この柱固着部(2c)に立設させる短尺支柱(3)は、棒柱状とするか、あるいは、管体として先端部に、柱固着部(2c)へ嵌合可能な棒杆体(3a)を固着させた突状形が使用される。

図５は、基枠体(２)の別の変形例とその周辺部材とを示す正面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。この例では、縦主軸(７)の配設を容易にしたものである。図において、外枠体(2a)の中央部に、中桟体(2b)を組み、中央部の上下部に固定板(5)が固着されている。

該上下の固定板(5)の中央部に、上下に貫通する軸孔(6)が形成され、ベアリングからなる軸受(4)が配設される。軸受(4)には短基軸(4a)が、上下端部を突出されて配設されている。該短基軸(4a)の上下端部には、管状の結合体(4b)が固定されている。固定方法は、キイ及びボルトが使用される。符号(4c)は軸受カバーである。

図６は、短尺縦主軸の正面図である。短尺縦主軸(7a)の長さは、前記短尺支柱(3)の長さに合わせている。短尺縦主軸(7a)の上下端部は細径となり、前記結合体(4b)に嵌合可能な嵌合部(7b)が形成されている。

また、短尺縦主軸(7a)は、中間部に上下一対の固定体(9)が、一体に固定されている。該固定体(9)には、図３に示すように、羽根(8)の支持アーム(10)を固定することができるように、多数の取付孔が上下に貫通開孔されている。
従って、現場の風況によって、１枚羽根で良いか、６枚羽根でよいか等実験により変更することが出来る。

上記構成において、基枠体(２)を枠組台体(14)の上に固定した後、各固着部(2c)にそれぞれ短尺支柱(3)を固着すると同時に、軸受(4)部の結合体(4b)に、短尺縦主軸(7a)の嵌合部(7b)を嵌合させて立設させる。

しかる後、各短尺支柱(3)の上に別の基枠体(2)を配設し、固着部(2c)に短尺支柱(3)の上部を固着すると共に、短尺縦主軸(7a)の上嵌合部(7b)を、基枠体(2)の下部結合体(4b)に嵌合させて固定する。以下同じ工程で基枠体(2)を多段に配設することができ、短尺縦主軸(7a)も容易に組立てることができる。

これによって、短尺縦主軸(7a)と軸受(4)の短基軸(4a)が１体に連結されて、共回転が可能になる。また長尺の縦主軸(7)を組付けるのは困難であるが、この短尺縦主軸(7a)により、組立が容易になる。基枠体(２)の組立精度が優れているので、上下の軸受(4)間の精度も高く、短尺縦主軸(7a)が短かいものであっても、それらの複数の組立精度は高い。

図７は、 基枠体(２)の別の変形例を示す正面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。この基枠体(２)は外枠体(2a)の４隅に、管状の柱固着部(2c)が形成されている。この例において軸受(4)は、図８に示すように別体になっている。

図８において、受台(4d)の中心部に軸受(4)が嵌装されており、周囲に突出した取付部(4e)に、それぞれ中桟体(2b)が固定されている。図８の状態で中桟体(2b)を図７の外枠体(2a)に乗せて、中桟体(2b)の先端部を外枠体(2a)にボルト止めする。

この受台(4d)は、長さの異なる中桟体(2b)を装着することが出来るので、基枠体(2)の大きさの異なるものにも、中桟体(2b)の長さを選択することによって適用させることができる。

また図７において、仮想線で示すように、各柱固着部(2c)の水平方向に横連結部(2g)を形成することができる。該横連結部(2g)に外枠体(2a)と同様な横継体（図示せず）を連結することによって、図１４の横継体(13)に代えて隣の基枠体(2)を連結させることができる。

図９は、図７に示す基枠体(2)を組立てた正面図である。枠組台体(14)を水平に配設し、それぞれの柱固着部(2c)に短尺支柱(3)が立設される。各短尺縦主軸(7a)の上部に別の基枠体(2)を配設させる。

その各柱固着部(2c)に別の短尺支柱(3)が立設されて、その上に別の基枠体(2)が配設される。これを繰返すことによって基枠体(２)を多層に構成することができる。

図１０は、基枠体の別の変形例の正面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。この例では、柱固着部(2c)をフランジ付き管状に形成したものである。

この場合、短尺支柱(3)も上下端部に、これに適合するフランジ(2h)を形成することにより、容易に立設することができる。横連結部(2g)もフランジ(2h)の形成により、支柱同様の連結をさせることができる。

枠組台体(14)は、基本的にはどのような物でも構わないが、図１１に示す枠組台体(14)は、基材(14a)が平面で井桁状に組まれている。基材(14a)としては、例えばＨ型鋼、ロ型鋼などで、交点部分に柱固着部(14b)が形成されている。

左右の柱固着部(14b)の間隔は、例えば２ｍであれば、その外方は１ｍほど外方へ突出している。従って地盤を平坦にしてこの枠組台体(14)を置くだけで、図９に示すように、短尺支柱(3)を複数積層して高層になっても、安定性に優れているので、基礎造りが容易で、また容易に移動させることができる。

従って支持枠体(1)の上部から地面にかけて、斜めに支持ワイヤを張設するだけで、大がかりな土台造りをしなくても、容易に安定した配設をすることができる。図１２は基材(14a)を十形状に組立てたものである。このほか例えば平面で三角状等に組むことができる。

図１３は、短尺縦主軸(7a)の配設方法を示す正面図である。短尺縦主軸(7a)としては、例えば管柱が選択される。図１３における短尺縦主軸(7a)にも、図６に示した固定体(9)が固定される。

支持枠体（1）に軸受(4)が多段に配設されているとき、短尺縦主軸(7a)の上部を軸受(4)を貫通させて、少し突出させる。しかる後、上段の軸受(4)に別の短尺縦主軸(7a)の上部を貫通させて、軸受(4)の下部を、下方の短尺縦主軸(7a)の上部に重ねる。

上下の短尺縦主軸(7a)の接合部周囲に、図示のような２っ割カラー(7c)を外嵌し、ねじ止めして締付ける。この場合、必要に応じて、上下の短尺縦主軸(7a)の接合部にキー(7d)を嵌合させる。これを繰返すことによって、短尺縦主軸(7a)の複数を縦長に一体に結合さて、１本の長い縦主軸にすることができる。

これによって、図７〜図１２の基枠体(２)、枠組台体(14)及び短尺縦主軸(7a)を使用して、図９に示す支持枠体を組立てた後に、図８に示す状態で軸受(4)を基枠体(2)に組付け、しかる後、図１３に示すように短尺縦主軸(7a)を組み、しかる後、図３のように羽根(8)を配設し、電線の配設をすれば、直ぐにも風力発電を開始することができる。

図１４は横継体の平面図である。この横継体(13)は、基枠体(2)を平面方向で並列する時に、基枠体(2)と基枠体(2)の間に配設されて、互いを連結させるためのものである。図１に示す基枠体(2)の形態とほぼ同じで、１方向の寸法がすこし短く設定されているが、同じでもかまわない。また柱固着部(2c)がなく、外枠体(2a)に水平方向へ貫通する連結孔(2e)が形成されて、ボルトなどの連結手段(2f)が配設される。

上記のように構成された横継体(13)は、図１５に示すように、複数の基枠体(2)の中間に介在させて、水平方向へ多数連結させるものである。図１５において、複数の基枠体(2)を各柱固着部(2c)が定間隔になるように、縦列又は横列に配設する。しかる後、隣接する各基枠体(2)の間に横継体(13)を配して、連結孔(2e)にボルトなど連結手段(2f)を嵌装して、基枠体(2)と横継体(13)とを強固に連結させる。

しかる後、各柱固着部(2c)にそれぞれ短尺支柱(3)を立設し、各短尺支柱(3)上に基枠体(2)を連結させる。しかる後、各基枠体(2)の間に横継体(13)を配して、前記同様に基枠体(2)と横継体(13)とを連結させる。

基枠体(2)と横継体(13)の積層配設が終った後、各軸受(4)に図３に示すように、縦主軸(7)を配設させる。各縦主軸(7)には図３に示すように羽根(8)が配設される。
このように、この横継体(13)は、基枠体(2)に配設される短尺支柱(3)を利用することによって積層されて、縦主軸(7)または短尺縦主軸(7a)を配設することができ、水平方向へ多数の縦主軸(7)又は短尺縦主軸(7a)を、容易に配設することができる。

図１４に示す横継体(13)は、軸受(4)が配設されているが、縦主軸を配設しない場合には、軸受(4)を配設しないものが使用される。また平面形状も、４角形、３角形、略扇面形など適宜選択することができる。この横継体(13)は、基枠体(2)の複数を水平方向で複数連結する時に、組立性に優れ、また地震、台風などに対する剛性を高めることができる。

なお、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、目的に沿って適宜設計変更をすることができる。基枠体(２)の平面形状は、四角形、三角形、円形その他任意に形成することができる。中桟体(2b)は、コーナー方向に筋交い状に配設する事ができる。各実施例における各部分を、任意に組合わせることができる。

この 風車の支持枠体は、基枠体と支柱がセットになっており、設置場所に合わせた高さにするため、現場に運搬することが容易で、狭い場所でも組立性に優れているので、風力発電機用風車に適している。

本発明の風車の支持枠体の一実施形態に用いる１個の基枠体の平面図である。 同じく基枠体の一部切欠き正面図である。 複数の基枠体を、枠組台体上に支柱を介して上下に積み重ね、それに羽根の縦主軸を装着した状態を示す組立正面図である。 基枠体と支柱との結合部分の変形例を示す基枠体の正面図である。 最下段の基枠体とその周辺部材との変形例を示す正面図である。 本発明に用いる短尺縦主軸の正面図である。 本発明に用いる基枠体における外枠体と柱固着部との変形例の平面図である。 本発明に用いる基枠体における中桟体の変形例の平面図である。 図７に示す基枠体を、枠組台体上に支柱を介して複数個積み重ねた状態を示す組立正面図である。 本発明に用いる基枠体の別の変形例を示す正面図である。 本発明に用いる枠組台体の変形例の平面図である。 本発明に用いる枠組台体の別の変形例の平面図である。 本発明に用いる短尺縦主軸の配設状態を示す正面図である。 本発明の風車の支持枠体の一実施形態に用いる横継体とその周辺部材との平面図である。 本発明の風車の支持枠体の一実施形態における基枠体と横継体の連結状態を示す平面図である。

(1)支持枠体
(2)基枠体
(2a)外枠体
(2b)中桟体
(2c)柱固着部
(2d)ボルト
(2e)連結孔
(2f)連結手段
(2g)横連結部
(2h)フランジ
(3)短尺支柱
(3a)棒杆体
(4)軸受
(4a)短基軸
(4b)結合体
(4c)軸受カバー
(4d)受台
(4e)取付部
(5)固定板
(6)軸孔
(7)縦主軸
(7a)短尺縦主軸
(7b)嵌合部
(7c)２っ割カラー
(7d)キー
(8)羽根
(8a)傾斜部
(9)固定体
(10)支持アーム
(11)縦軸風車
(12)発電機
(13)横継体
(14)枠組台体
(14a)基材
(14b)柱固着部

Claims (5)

1. 平面視で方形の外枠体の中央部に、複数の中桟体を介して軸受を配した基枠体における前記外枠体の壁面に、内外に貫通する連結孔を開孔し、連結孔に嵌装した連結手段をもって連結した方形の横継体を介して、別の基枠体を水平方向に連結し、各基枠体の４隅上下部に形成した柱固着部に、それぞれ短尺支柱を立設して別の基枠体をその上部に支持し、上下の基枠体における軸受間に装着した短尺縦主軸に、上下端部に縦主軸方向へ傾斜する傾斜部を備える羽根を垂直に装着したことを特徴とする風車の支持枠体。
2. 前記短尺縦主軸の高さ方向の中間部に、羽根を先端部に固定した支持アームの基端部を固定する、複数の板状の固定体を縦主軸と直交状に固定し、前記支持アームを固定するための多数の取付孔を、板状の固定体の上下へ貫通して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風車の支持枠体。
3. 前記基枠体の最下部のものの下面に、その底面外形範囲よりも大きな枠組台体を固定し、該枠組台体は、基枠体の柱固着部の下位置に合わせた柱固着部が形成され、柱固着部に基枠体の柱固着部を固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の風車の支持枠体。
4. 前記横継体は、平面視長方形とし、長辺を基枠体と同じ長さとし、基枠体の連結孔と対応する位置に連結孔を形成し、高さを基枠体と同じ寸法に形成したことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の風車の支持枠体。
5. 前記横継体は中央部に縦主軸を支持可能な軸受を備えていることを特徴とする請求項４に記載の風車の支持枠体。

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